+ All Categories
Home > Documents > SCADA Pentru Statii Electrice

SCADA Pentru Statii Electrice

Date post: 20-Oct-2015
Category:
Upload: pitirca1
View: 453 times
Download: 29 times
Share this document with a friend
Description:
aparataj si scheme inalta tensiune,SCADA generalitati
53
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti FACULTATEA DE ENERGETICĂ SpecializareaInformatică Industrială PROIECT DE DIPLOMĂ ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE Autor: Ene Dumitru Valentin Cadru didactic îndrumător: Pr. Dr. Ing. Gheorghe Comănescu Comisia pentru examenul de diplomă: Promoţia iulie 2013
Transcript
  • Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFACULTATEA DE ENERGETIC

    SpecializareaInformatic Industrial

    PROIECT DE DIPLOM

    ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    Autor: Ene Dumitru Valentin

    Cadru didactic ndrumtor: Pr. Dr. Ing. Gheorghe Comnescu

    Comisia pentru examenul de diplom:

    Promoia iulie 2013

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    2

    Cuprins

    1.CONSIDERAII GENERALE ASUPRA INSTALAIILOR ELECTRICE ALE STAIILOR I POSTURILOR DE TRANSFORMARE...........................4

    1.1 Noiuni introductive de teorie ale staiilor i posturilor de transformare....41.2 Scopul lucrrii....51.3 Principalele echipamente dintr-o staie de nalt tensiune...5

    2.STUDIUL PRIVIND SCHEMA DE CONEXIUNE A STAIEI DE TRANSFORMARE 220/110 KV.9

    2.1Definiie..9

    2.2 Clasificarea schemelor electrice...9

    2.3 Principalele scheme electrice de conexiuni folosite....10

    2.3.1. Scheme cu un sistem de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit..10

    2.3.2. Schema cu un sistem de bare colectoare cu secionare longitudinal11

    2.3.3. Scheme cu un sistem de bare colectoare i cu ocolire...13

    2.3.4. Scheme cu bare colectoare secionate longitudinal i cu ocolire........15

    2.3.5. Schema cu dou sisteme de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit16

    2.3.6. Schema cu dou bare colectoare i cu secionare longitudinal...17

    2.3.7. Schema cu dou bare colectoare i cu ocolire..18

    2.3.8. Schema cu 2 BC i N+1 nteruptoare folosite n comun de N circuite...20

    2.3.9. Scheme poligonale.....22

    3. CALCULUL CURENILOR DE SCURTCIRCUIT. SOLUII CONSTRUCTIVE A STAIILOR DE 110 KV I 220 KV....................................................................................24

    3.1 Definiia curentului de scurtcircuit........................................................................24

    3.2 Cauzele principale apariiei scurtcircuitelor............................................................24

    3.3 Calculul curenilor de scurtcircuit(teorie)...............................................................25

    3.4 Calculul curenilor de scurtcircuit pentru staia de 220/110 kV(studio de caz)........26

    3.5 Aplicaie: Calculul curenilor de scurtcircuit..........................................................29

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    3

    3.6 Soluii constructive pentru staii electrice de distribuie de nalt i foarte nalttensiune..........................................................................................................................32

    4.ARHITECTURI SCADA PENTRU STAII ELECTRICE DE NALT TENSIUNE (STUDIU DOCUMENTAR)...38

    4.1 SCADA (generaliti)..38

    4.2 Sarcinile sistemelor SCADA40

    4.3 MODBUS..42

    4.4 Sisteme MicroSCADA.43

    4.5 Arhitectura sistemului SCADA pentru conducerea reelelor electrice..45

    4.5.1. Aspecte generale.45

    4.5.2. Reele de transmisii de date n cadrul sistemelor SCADA.............................46

    4.5.3. Particularitile sistemelor SCADA utilizate n sisteme electroenergetice.....46

    4.5.4. Sisteme SCADA pentru conducerea staiilor electrice..............................48

    5. CONCLUZIE.................................................................................................................51

    Bibliogafie......................................................................................................................52

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    4

    1. CONSIDERAII GENERALE ASUPRA INSTALAIILOR ELECTRICE ALE STAIILOR I POSTURILOR DE

    TRANSFORMARE

    1.1Noiuni introductive de teorie ale staiilor i posturilor de transformare

    Prin definiie,sistemul energetic cuprinde ansamblul instalaiilor care servesc laproducerea de energie electric ntr-o form utilizabil. Toate elementele unui sistem energetic sunt caracterizate printr-un proces coordonat de producere, transport, distribuie i consum de energie electric sau termic.

    Sistemul electroenergetic este un ansamblu de centrale, staii, posturi de transformare i receptoare de energie electric, conectate ntre ele prin liniile unei reele electrice. Sistemul electroenergetic reprezint partea electric a sistemului energetic i cuprinde instalaiile de producere a energiei electrice (generatoarele), instalaiile de transformare a acesteia de la otensiune la alta (staii i posturi de transformare), instalaiile de transport i distribuie a energiei electrice (reele de nalt, medie i joastensiune)i instalaiile de utilizare a acesteia. Ansamblul unitar de conductoare, aparate de transformare i conectare, maini, diferite instalaii auxiliare i construciile aferente, destinate producerii, transformrii, distribuirii sau utilizrii energiei electrice constituie instalaii electrice. Instalaiile electrice includ staiile electrice, precum iinstalaiile electrice de evacuare a puterii produse de generatoare.

    Staiile electrice sunt noduri n SEN care cuprind mai ales extremitile liniilor electrice, legturi conductoare, aparataj electric, cldiri i eventual, (auto)transformatoare de for. n principal, staiile electrice pot realiza funcii de:

    transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificat tensiunea (staii ridictoare sau cobortoare), fiind deci posibil interconectarea mai multor reele de diferite tensiuni;

    conexiune: conin legturi conductoare i aparataj electric cu tensiunea nominal mai mare de 1 kV i sunt destinate primirii i distribuirii energii electrice, la aceeai tensiune i frecven; staiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentrii unor posturi de transformare constituie puncte de alimentare;

    conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit n curent continuu sau invers.

    Din totalul de peste 950 staii de tensiune nominal 35 ... 750 kV existente n SEN, una este de 750 kV, 26 sunt de 400 kV, 49 sunt de 220 kV, iar aproximativ 90% staii sunt de 110 kV.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    5

    O categorie foarte important a staiilor de transformare o reprezint posturile de transformare, n SEN fiind n funciune peste 65000 posturi de transformare, totaliznd o putere instalat de peste 23000 MVA.[1]

    Energia electricprodus de centralele electrice sufermai multe transformri aletensiunii pentru a putea fi transportatcu pierderi ct mai mici la distane ct mai marii apoiutilizatde consumatori. Transportul energiei electrice la distane marii foarte mari (deordinul zecilor respectiv sutelor de kilometri) trebuie deci fcut pe linii electrice de nalt ifoarte nalttensiune (110, 220, 400, 750 kV). Transportul energiei electrice la distane relative mici (de ordinul kilometrilor sau cel mult cteva zeci de kilometri), se face cu ajutorul liniilor de medie tensiune (6, 10, 20 kV) iar la distane foarte mici (de ordinul sutelor de metri), pelinii de joastensiune (0,4 kV). Cu ct tensiune este mai mare cu att curentul este mai micica urmare pierderile (consumul propriu tehnologic, C.P.T.) pentru transportul energieielectrice, scad foarte mult deoarece sunt proporionale cu ptratul curentului.Transformarea nivelurilor de tensiune (necesare transportului energiei electrice cu pierderi ct mai mici cu ajutorul liniilor electrice), au loc n staiilei posturile detransformare, care sunt noduri ale sistemului electroenergetici la care sunt racordate liniileelectrice.

    1.2Scopul lucrrii

    Scopul lucrrii este de a oferi soluii de modernizare ,monitorizare i teleconducere a unei staii electrice de nalt tensiune cu ajutorul arhitecturilor SCADA, n condiiile unei investiii financiare mici i grad ridicat de informatizare/automatizare.

    1.3 Principalele echipamente dintr-o staie de nalt tensiune

    n staiile de nalt tensiune, principalele echipamente se clasific astfel:

    Celulele electrice

    Partea unei staii care cuprinde ansamblul de echipamente, materiale, aparate electrice i dispozitive amplasate ntr-un singur loc, care au un scop funcional determinat pentru un anumit circuit, constituie o celul electric.

    Barele colectoare

    Un sistem de bare colectoare reprezint un nod de conexiuni electrice, extins n spaiu pentru a se crea condiiile constructive necesare racordrii mai multor celule dintr-o staie electric.

    Liniile electrice

    Liniile electrice reprezint laturi n cadrul reelelor electrice, prin care se realizeaz evacuarea puterii produse n centrale electrice, transportul sau distribuia energiei electrice.

    Circuite de linie de nalt tensiune

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    6

    Astfel de circuite realizeaz transportul/repartiia ntre nodurile (staiile) SEN, precum i distribuia energiei electrice ctre locurile de consum (distribuie public sau ctre abonai).

    n toate variantele de echipare prezentate n figura 1.1. apare separatorul fa de barele colectoare (Sb), avnd ca funcie principal izolarea echipamentelor electrice din aval (n cazul efecturii unor lucrri de revizie/reparaie) fa de tensiunea barelor colectoare.

    Separatoarele

    Separatorul este un aparat de comutaie care, spre deosebire de ntreruptor, nu este prevzut cu dispozitiv de stingere a arcului electric. Cu separatorul sunt permise doar manevre de comutaie sub curent neglijabil (0,5 A pentru separatoare cu tensiuni nominale de pn la 400 kV inclusiv). n general, pentru a se evita consecinele deosebit de grave ale arcului electric care ar aprea n cazul unor manevre greite, separatoarele electrice se prevd cu diferite sisteme de blocaj.

    Variantele de echipare a, b se caracterizeaz prin faptul c protecia circuitului n caz de scurtcircuit este realizat rapid i cu investiii relativ reduse utiliznd sigurane fuzibile.. n varianta a, separatorul Sb permite doar comutaia liniei n gol. n varianta b, utilizareaseparatorului de sarcin asigur comutaia circuitului (eventual, prin telecomand), adugndu-se n plus i funcia de separare (izolare).

    Sub aspect constructiv, cuitele de legare la pmnt se pot realiza ca un aparat independent sau pot fi asociate altui aparat (de exemplu, unui separator care, n afara cuitelor sale principale, mai este prevzut cu unul sau dou cuite de legare la pmnt).

    n variantele de echipare c i d , protecia circuitului n caz de scurtcircuit sau suprasarcin este realizat mai scump, dar mai sigur, prin utilizarea unui ntreruptor nasociere cu dispozitive de detectare (transformatoare sau ali senzori de curent i tensiune), de protecie i de control-comand, precum i de acionare. n plus, ntreruptorul asigur comutaia circuitului (conectare sau deconectare n regim normal de funcionare).

    Fig. 1.1. Variante de echipare a liniilor de nalt tensiune

    Separatorul de linie (SL) permite efectuarea de lucrri la ntreruptor fr scoaterea circuitului de linie de sub tensiune.

    c dba

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    7

    Putem observa, din figura de mai sus c, prin manevrarea aparatelor de comutaie i separare la un astfel de circuit, nu trebuie ca separatorul s fie manevrat n sarcin pentru c se va distruge i va avaria toat instalaia. Drept urmare, manevrarea separatoarelor Sb i SL se va face numai cu ntreruptorul deschis.

    n ceea ce privete manevrarea cuitului de legare la pmnt (CLP), aceasta se va face numai cu cuitul separatorului principal ( pe care se afl montat CLP-ul) deschis i numai dup verificarea lipsei tensiunii n zona pe care o va lega la pmnt CLP-ul.

    n varianta d cele dou CLP-uri aflate de-o parte i de alta a ntreruptorului au rolul de a lega la pmnt zona de lucru unde se afl ntreruptorul realizat prin deschiderea separatorului de bare Sb i a separatorului de linie SL. Este o situaie specific staiilor cu tensiuni mari (220 400 kV).

    (Auto)Transfomatorul

    n staiile electrice de transformare se instaleaz transformatoare i autotransformatoare de putere care permit interconectarea mai multor reele de tensiuni diferite.

    n figura 1.2.sunt prezentate variante de echipare a unor circuite de (auto)transformator cu dou sau trei nfurri, avnd toate nfurrile cu tensiunea nominal peste 1 kV.

    Fig. 1.2. Variante de echipare a circuitelor de (auto)transformator

    a - transformatoare cu dou nfurri i autotransformatoare cu teriar nefolosit;

    b - transformatoare cu trei nfurri, TID, autotransformatoare cu teriar folosit

    Protecia circuitelor de (auto)transformator n caz de scurtcircuit sau suprasarcin se realizeaz cu ajutorul ntreruptoarelor nasociere cu dispozitive de detectare (transformatoare de msurare sau ali senzori de curent i tensiune), de protecie i de control-comand, precum i de

    U1

    U2

    a b

    U3

    U1

    U2

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    8

    acionare. n plus, ntreruptoarele asigur comutaia circuitului (cuplarea/decuplarea n regim normal de funcionare).

    Pentru a se putea lucra la ntreruptoare cu meninerea continuitii n alimentare a celorlalte circuite racordate la aceleai sisteme de bare colectoare, n schem se introduc separatoarele fa de bare (Sb). n varianta b, separatorul fa de transformator (St) permite efectuarea de lucrri la un ntreruptor cu meninerea tranzitului de energie pe celelalte nfurri ale transformatorului.

    Montajul aparatajului electric n celul se poate face n dou moduri:- montajul fix prezint avantajul unei realizri simple, fr aparate sau blocaje speciale, dar conduce la dimensiuni mai mari ale celulelor.

    -montajul debroabil realizeaz, n primul rnd, o important reducere a volumului celulelor, deoarece este eliminat spaiul din interiorul acestora destinat montajului sau reviziilor. Se reduce, de asemenea, timpul de nlocuire a unor aparate defecte i cel necesar reviziilor, prin folosirea unui crucior/caset de rezerv. Utilizarea sistemului debroabil permite realizarea uneiconstrucii fr separatoare, ceea ce conduce la reducerea greelilor de manevrare cu separatorul (n general, nsoite de arc electric liber) i contribuie sensibil la compactarea celulei. Este favorizat, de asemenea, utilizarea elementelor prefabricate. Construciile debroabile implic ns blocaje speciale pentru interzicerea deplasrii cruciorului atunci cnd ntreruptorul i eventual separatoarele nu sunt n poziie deschis.Sunt necesare, de asemenea, msuri speciale de protecie mpotriva atingerii elementelor rmase sub tensiune dup scoaterea cruciorului.

    n construcia staiilor moderne, tendina generaleste de a utiliza echipamente prefabricate.

    Echipamentele prefabricate prezint avantaje cunoscute de mult vreme cum ar fi de exemplu: reducerea investiiilor n partea de construcie a staiilor, economie de timp i manoper la montaj, nlocuire rapid etc. Fiind un tot unitar realizat la scar industrial, care se livreaz complet pregtit i ncercat electric, celulele prefabricate beneficiaz de un control de calitate care le garanteaz sigurana i securitatea n funcionare. n plus, cerinele mereu n cretere privind ameliorarea calitii distribuiei de energie electric conduc spre descentralizarea automatizrilor i dezvoltarea dispozitivelor de teleconducere, a cror realizare industrial permite creterea sensibil a fiabilitii i scderea costurilor. Progresele din domeniul aparatajului electric, precum i a echipamentelor de control-comand, au condus la o reducere sensibil a dimensiunilor celulelor prefabricate, la o diminuare a cheltuielilor de punere n funciune i de exploatare (soluii care nu necesit practic ntreinere), la creterea duratei de via a instalaiilor, precum i la o cretere a fiabilitii sistemului pe ansamblu.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    9

    2. STUDIU PRIVIND SCHEMA DE CONEXIUNE A STAIEI DE TRANSFORMARE 220/110 KV

    2.1 Definiie Schema reprezintun desen care arat modul n care diferite pri ale unei reele, instalaii

    ale unui aparat sau ale unui ansamblu de aparate sunt funcional conectate ntre ele.

    2.2 Clasificarea schemelor electrice :

    Dup numrul de conductoare reprezentat pe desen: scheme monofilare: indiferent de numrul de conductoare ale circuitului se reprezint

    numai unul, celelalte fiind echipate identic;

    scheme multifilare: dac echiparea fazelor este diferit, se reprezint toate conductoarele circuitului;

    Dupa scopul urmrit prin reprezentare: scheme explicative ( principiale sau detaliate ); scheme de conexiuni, destinate realizrii fizice i verificrii conexiunilor; scheme sinoptice, reprezentnd starea real a aparatelor de comutaie la un moment

    dat;

    planuri de amplasare, care ofer indicaii precise despre amplasarea prilor unei instalaii.

    Din punct de vedere al funciei ndeplinite, circuitele electrice pot fi: circuite primare: sunt circuite prin care se realizeaz tranzitul de energie de la surse

    ctre consumatori (de exemplu circuite de generator, transformator, linie electric, cupl etc.);

    circuite secundare: sunt circuite care contribuie n diferite feluri la buna funcionare a circuitelor primare (circuite de msurare, protecie, comand, control, semnalizare etc.).

    Legtura ntre circuitele primare i cele secundare se realizeaz prin intermediul transformatoarelor (senzorilor) de curent i de tensiune.

    Circuitele primare ale staiilor electrice sunt cele parcurse de energia electric care circul dinspre centralele electrice spre consumatori. n aceast categorie a circuitelor primare sunt incluse i circuitele care nu sunt parcurse de fluxul principal de energie dar care sunt racordate n derivaie la diverse circuite primare pe care le deservesc, cum sunt circuitele transformatoarelor de tensiune sau ale descrctoarelor cu rezisten variabil.

    Circuitele primare funcioneaz obinuit la tensiuni relativ ridicate i sunt parcurse de cureni mari n regim normal de funcionare cu excepia circuitelor legate n derivaie i n special n regim de scurtcircuit. Alegerea aparatelor electrice din circuitele primare ale staiilor

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    10

    electrice, se face comparndu-se caracteristicile prii din instalaie unde urmeaz s fie montate cu caracteristicile de catalog.

    Circuitele electrice secundare deservesc circuitele electrice primare i se caracterizeaz prin faptul c nu sunt parcurse de fluxul principal de energie care circul spre consumatori precum i prin niveluri reduse ale tensiunii ( 230 V ) i foarte reduse ale curentului (5 A sau 1 A). Circuitele secundare se mpart n circuite de comand i circuite de control. Circuitele de comand servesc la acionarea voit ( de la faa locului sau de la distan ) a diverselor mecanisme aparinnd aparatelor de comutaie (ntreruptoare, separatoare ) i de reglaj. Circuitele de control sunt cele care deservesc instalaiile de informare ( semnalizare, msurare, nregistrri diverse ), blocaje ( pentru evitarea manevrelor greite), sincronizare, protecie prin relee i automatizare.Serviciile proprii ale staiilor electrice se mpart n servicii de curent alternativ i servicii de curent continuu.

    2.3 Principalele scheme electrice de conexiuni folosite

    2.3.1. Scheme cu un sistem de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit

    Pentru exemplificarea avantajelor/dezavantajelor unor astfel de scheme electrice, precum i pentru delimitarea unor preferine n ceea ce privete domeniul lor de utilizare, n cele ce urmeaz se consider cazul unei staii de transformare cu Un 110kV.

    n figura de mai jos, este reprezentat schema cu un sistem de bare colectoare (1BC) carepresupune existena unui singur nod de conexiuni, la care sunt racordate circuite cu soluii de echipare simple (dou circuite de linie i dou circuite de (auto)transformator).

    Fig. 2.1. Exemplu de schem electric de conexiuni cu un sistem de bare colectoare

    Principalele avantaje ale schemelor cu 1BC sunt configuraia lor mai simpl i numrul de aparate mai redus n raport cu alte tipuri de scheme electrice de conexiuni. Drept urmare, la aceste scheme sunt necesare eforturi mai mici de investiie i totodat (prin reducerea numrului

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    11

    surselor poteniale de defecte/greeli de manevrare), numrul ntreruperilor n alimentare este potenial mai mic. Deoarece conin echipament puin, astfel de scheme necesit suprafee de teren mai mici pentru dispunere, fiind indicate i n cazul staiilor amplasate n construcii (de interior).

    Principalul dezavantaj al schemelor cu 1BC const n faptul c defectele (sau reviziile) la sistemul de bare/separatoarele de bare sau refuzul de acionare al unui ntreruptor conduce la scoaterea ntregii staii din funciune. n cazul unor ntreruperi n zona barelor colectoare, daunele ca urmare a nelivrrii energiei electrice vor fi cu att mai mici, cu ct vor fi conectate mai puine circuite la sistemul de bare colectoare.

    n cazul reviziilor/reparaiilor la o celul, ntreruperea n alimentare va afecta numai circuitul aferent celulei respective. Daunele ca urmare a nelivrrii energiei electrice pot fi reduse dac circuitul respectiv este rezervat (pn la zero, n cazul unei rezerve de 100%).

    Scheme cu 1 BC i un ntreruptor pe circuit sunt folosite pentru toate treptele de tensiune din reelele de distribuie, atunci cnd aparatajul electric este fiabil, presupune mentenan redus i/sau consumatorii admit ntreruperi n alimentare, ori pot fi preluai de alt surs de rezerv.

    2.3.2.Schema cu un sistem de bare cu secionare longitudinal

    Creterea siguranei n funcionare a schemelor cu un sistem de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit se poate face prin secionare longitudinal a sistemului de bare.

    Probabilitatea ca un defect la sistemul de bare la separatoarele de bare sau refuzul de acionare al unui ntreruptor s afecteze mai multe secii de bare este relativ redus. Prin secionare, se reduce deci numrul de circuite ntrerupte ca urmare a unor defecte/reviziin zona barelor i a separatoarelor de bare, dac se ine seama de unele aspecte:

    se pot crea attea secii de bare cte surse de alimentare exist pentru staia respectiv;

    consumatorii vor fi ct mai uniform repartizai pe secii, iar cei cu dubl alimentare vor fi racordai la secii diferite;

    ntre secii se prevd circuite suplimentare (cuple longitudinale), care permit alimentarea a dou secii de la aceeai surs, n cazul defectrii/revizuirii uneia dintre surse.

    n figura 2.2 este prezentat un exemplu de schem de conexiune pentru o staie de 110kV/MT, cu dou secii de bare. Fiecare secie de bare este alimentat din SEN prin cte o linie electric, iar numrul plecrilor din staie este egal repartizat pe cele dou secii. n cazul unor ntreruperi (planificate sau nu) n zona barelor i a separatoarelor de bare, daunele de nelivrare a energiei electrice vor fi mai mici, fiind afectai doar jumtate dintre consumatorii alimentai de la sistemul de bare colectoare. Aceast modificare a variantei de baz presupune un efort suplimentar de investiii, pentru echiparea cuplei longitudinale ntre seciile de bare.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    12

    Secia A Cupl longitudinalSecia B

    Fig 2.2. Exemplu de schem electric de conexiuni cu dou secii de bare colectoare

    Deoarece n costul unei celule, ponderea principal revine ntreruptorului, pentru reducerea cheltuielilor cu echiparea staiei se caut soluii de micorare a numrului de ntreruptoare. n acest scop se pot utiliza mai multe tipuri de cuple longitudinale (figura 2.2.1.).

    Fig. .2.2.1. Variante de echipare a circuitelor de cupl longitudinal

    Cupla longitudinal cu un separator (figura 2.2.1, a) presupune o investiie minim, dar ofer o elasticitate n exploatare foarte redus, deoarece cuplarea/decuplarea celor dou secii de bare se poate face numai n absena sarcinii (dup deconectarea surselor de alimentare).

    De asemenea, n cazul unor manevre greite cu separatorul cuplei sau n cazul revizuirii acestuia, trebuie scoase din funciune ambele secii de bare. Acest ultim dezavantaj poate fi

    a

    b

    c

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    13

    parial remediat prin prevederea unui al doilea separator de cupl (figura 2.2.1, b). Cele dou separatoare din figura 2.2.1,b se pot izola reciproc, ceea ce permite meninerea n funciune a uneia dintre cele dou secii de bare, atunci cnd se lucreaz la cealalt secie.

    Elasticitate i siguran maxim n exploatare sunt oferite de cupla longitudinal cu dou separatoare i un ntreruptor (figura 2.2.1, c). Conectarea/deconectarea longitudinal a seciilor se face n acest caz numai cu ajutorul ntreruptorului (capabil s sting arcul electric).

    se evit ca n cazul unui scurtcircuit pe una din secii s declaneze dou ntreruptoare (al sursei de alimentare i al cuplei longitudinale), situaie care ar conduce la expunerea celeilalte secii, n cazul nefuncionrii ntreruptorului cuplei;

    se scurteaz durata manevrelor de conectare; se reduce riscul unor manevre greite cu separatoarele; se reduce valoarea curenilor de scurtcircuit n cazul unui scurtcircuit pe una dintre

    seciile de bare.Pentru creterea continuitii n exploatare, cuplele longitudinale echipate cu ntreruptor

    se prevd cu sisteme de anclanare automat a rezervei (AAR). Mai nou, se folosete denumirea transfer automat.

    2.3.3. Scheme cu un sistem de bare colectoare i ocolireCa urmare a solicitrilor la care sunt supuse n exploatare, ntreruptoarele sunt aparatele

    din staii care necesit de regul cele mai frecvente lucrri de ntreinere sau de remediere a unor defecte. Lucrrile de revizie/reparaie la ntreruptorul cuplei se pot face cu meninerea ambelor secii de bare sub tensiune. n regim normal de funcionare, circuitul cuplei longitudinale este meninut n starea nfunciune sau n rezerv cald (separatoarele cuplei sunt nchise, ntreruptorul fiind declanat) n funcie de condiiile de exploatare de la un moment-dat.

    De exemplu, dac una din seciile de bare nu are o surs de alimentare(aceasta este n reparaie sau revizie) atunci trebuie s meninem cupla n funciune. Dac ns ambele secii au surse de alimentare este de preferat ca circuitul de cupl longitudinal s fie meninut n starea de rezerv cald.

    Pe durata efecturii acestor lucrri se ntrerupe funcionarea circuitelor respective i se pot nregistra daune. Pentru reducerea acestora devine uneori justificat din punct de vedere economic prevederea unui ntreruptor suplimentar, intercalat pe o legtur ocolitoare, astfel nct acesta s poat nlocui, pe rnd, cte un ntreruptor din staie.

    Prin ocolirese reduce timpul de ntrerupere n alimentarea cu energie electric, pe un circuit la care a aprut un defect. Lucrrile planificate n zona unei celule se execut fr ntrerupere n alimentare.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    14

    n figura 2.3 este prezentat un exemplu de schem de conexiuni cu un sistem de bare colectoare i bar de ocolire (numit frecvent n exploatare ibar de transfer). Instalaiile cu ocolire presupun investiii suplimentare din cauza introducerii ntreruptorului de ocolire (care mpreun cu separatoarele sale formeaz cupla de ocolire), a sistemului barelor de ocolire i a separatoarelor de ocolire, pentru fiecare circuit care urmeaz a fi ocolit.

    Ocolirea presupune un consum suplimentar de teren pentru amplasarea staiei. Calculele arat c instalaiile cu bare de ocolire sunt pot rezulta eficiente din punct de vedere economic atunci cnd:

    durata nelivrrii de energie, ca urmare a lucrrilor de revizie/reparaie n celule este mare (staii cu multe circuite nerezervate ntre ele, cu echipamente nvechite, cu fiabilitate redus, cu solicitri frecvente ale ntreruptoarelor etc.);

    sarcina electric vehiculat pe circuite este mare (ocolirea se prevede n staii cu Un110kV);

    exist o mare sensibilitate la ntreruperi a zonelor alimentate i circuitele nu sunt rezervate prin alte ci de alimentare.

    Fig.2.3. Exemplu de schem de conexiuni cu un sistem de bare colectoare i bar de ocolire

    Manevrele pentru ocolirea unui ntreruptor aflat n funciune trebuie astfel etapizate nct s nu conduc la ntreruperea tranzitului de energie pe circuitul respectiv. Acest lucru este perfect posibil. Etapele unei astfel de manevre sunt urmtoarele:

    se aduce n starea n funciune cupla de ocolire, punnd n acest fel sub tensiune bara de ocolire; dac bara de ocolire este fr defecte ntreruptorul cuplei de ocolire rmne nchis; n caz contrar el va declana prin proteciile sale; spunem c, astfel, am verificat izolaia barei de ocolire;

    se nchide separatorul de ocolire, punnd astfel n paralel ntreruptorul cuplei de ocolire cu ntreruptorul pe care vrem s-l scoatem n reparaie sau revizie;

    BC

    B oc

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    15

    se deschide ntreruptorul circuitului respectiv i apoi se separ deschiznd cele dou separatoare : cel de bare i cel de linie;

    pe toat durata reparaiei funciunile ntreruptorului ocolit vor fi preluate de ntreruptorul cuplei de ocolire.Manevra de revenire se poate face, de asemenea, fr ntreruperea circuitului respectiv.

    2.3.4. Scheme cu bare colectoare secionate longitudinal i cu ocolirePentru mrirea continuitii n alimentarea consumatorilor, schemelor cu simplu sistem

    de bare colectoare secionat longitudinal li se poate asocia ocolirea.

    Fig.2.4. Variante de echipare a unor cuple cu funciuni multiple n cazul unor staii cu

    un sistem de bare colectoare i bare de ocolire

    Pentru o elasticitate ridicat n funcionarea unor astfel de scheme, corespunztor fiecrui nod de bare se pot prevedea cuple individuale: una longitudinal i dou de ocolire (figura 2.4., a).

    n condiiile unei elasticiti mai reduse, efortul de investiii poate fi sensibil micorat prin folosirea unor cuple cu funciuni multiple.Printr-o selectare convenabil a separatoarelor de bare, cu ajutorul unei astfel de cuple pot fi realizate pe rnd, dou (figura 2.4, b) sau toate cele trei cuple (figura 2.4,c).

    Dezavantajul principal al folosirii unor cuple cu funciuni multiple este acela c n caz de revizie sau defectare a ntreruptorului de cupl se pierd toate posibilitile de cuplare a diverselor noduri ntre ele.

    n plus, n cazul unui refuz al singurului ntreruptor de cupl este deconectat toat staia (ntrerupere total), iar comutaia prin separatoare este o potenial surs de incidente pe barele colectoare, cu consecine foarte grave.

    B oc

    BCBC BC

    a

    B oc

    BCBC BC

    c

    B oc

    BCBC BC

    b

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    16

    2.3.5. Schema cu dou sisteme de bare colectoare i un ntreruptor pe circuitn cazul secionrii longitudinale, seciile aparinnd aceluiai sistem de bare sunt dispuse

    una n prelungirea alteia. Fiecare circuit din staie poate fi racordat doar la una dintre seciile de bare i i pierde alimentarea, n caz de indisponibilitate a seciei respective. Din aceast cauz, secionarea longitudinal este considerat o secionare rigid.

    Spre deosebire de aceasta, un mod de secionare elastic poate fi considerat acela care permite cuplarea circuitelor, pe rnd, la oricare dintre seciile de bare. Aceasta se poate realiza prin secionarea transversal a sistemului de bare din varianta de referin.

    Secionarea transversal presupune creterea numrului de separatoare de bare, care, pe lng funcia de izolare a circuitului fa de sistemul de bare, capt i funcia suplimentar de selectare a sistemului de bare pe care urmeaz s funcioneze acesta.Prin secionare transversal rezult scheme cu mai multe sisteme de bare colectoare.

    n figura de mai jos, schemele cu dou sisteme de bare colectoare (2BC) presupun existena a dou noduri de conexiuni dispuse alturat, fiecare circuit fiind prevzut cu cte dou separatoare de bare, care sunt folosite att pentru selectarea sistemului de bare la care urmeaz a fi racordat circuitul respectiv, ct i pentru separarea celulei la care se lucreaz fa de barele colectoare. Astfel, este prezentat o schem de conexiuni cu dou sisteme de bare colectoare pentru staia de transformare 110 kV/MT, folosit ca exemplu n cazurile anterioare.

    Fiecare circuit se poate racorda la oricare dintre sistemele de bare colectoare, aceast manevr efectundu-se n regim normal de funcionare fr ntreruperea funcionrii.Fiecare bar colectoare poate fi izolat n scopul executrii lucrrilor de ntreinere, fr ntreruperea vreunui circuit.

    Un incident pe un sistem de bare ntrerupe doar circuitele racordate n nodul respectiv, timpul de nelivrare a energiei fiind cel necesar efecturii manevrelor de trecere a circuitelor pe cellalt sistem de bare colectoare (deci mult mai mic dect timpul de nelivrare n cazul variantei de referin, necesar pentru reparaii).

    Fig.2.5. Exemplu de schem de conexiuni cu dou sisteme de bare colectoare

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    17

    Cuplarea celor dou noduri de conexiuni prin nchiderea ambelor separatoare de bare ale aceluiai circuit presupune riscul unor avarii grave (nsoite de arc electric) i deci o astfel de manevr este strict interzis. Cuplarea sistemelor de bare poate fi fcut numai prin intermediul ntreruptorului cuplei transversale, denumit astfel deoarece n teren se adopt o dispunere paralel a celor dou sisteme de bare colectoare. Cupla transversal este un circuit specific tuturor schemelor cu un singur ntreruptor pe circuit i dou (sau mai multe) sisteme de bare.

    Funciile cuplei transversale sunt :

    punerea sub tensiune a unui sistem de bare colectoare cu scopul de a verifica starea izolaiei acestuia; ntre dou sisteme de bare legate prin cupl transversal, circuitele pot fi redistribuite fr a fi necesare ntreruperi n funcionarea acestora;

    legarea n paralel a dou sisteme de bare colectoare, ambele aflate sub tensiune;

    ocolirea ntreruptorului unui circuit, cu dou scurte ntreruperi n funcionarea circuitului respectiv.

    Ca urmare a prezenei celui de al doilea sistem de bare, respectiv, a suplimentrii numrului de separatoare pe fiecare circuit, precum i a introducerii circuitului de cupl transversal, cresc cheltuielile de investiii pentru echiparea staiei, precum i cheltuielile de ntreinere. Este redus ns considerabil timpul de ntrerupere n alimentare i numrul circuitelor afectate de revizia/reparaia unui sistem de bare (deci puterea nelivrat).

    Este foarte important de reinut c, n regim normal de funcionare nici un circuit (n afara celui de cupl transversal) nu poate funciona cu ambele separatoare de bare nchise simultan.

    2.3.6. Schema cu dou bare colectoare i cu secionare longitudinalPentru mrirea continuitii n alimentarea consumatorilor, schemelor cu bare colectoare

    duble (secionare transversal) li se asociaz secionarea longitudinal a unuia sau a ambelor sisteme de bare.

    n staiile cu dou sisteme de bare, se justific mai frecvent secionarea longitudinal a unuia singur dintre cele dou noduri de conexiuni. Pentru o elasticitate ridicat n funcionarea unor astfel de scheme, corespunztor fiecrei noi secii de bare se pot prevedea cuple individuale: una longitudinal i dou transversale (figura 2.6, a).

    n condiiile unei elasticiti mai reduse, efortul de investiii poate fi sensibil micorat prin folosirea unei cuple longo-transversale (figura 2.6, b).Cu ajutorul unei astfel de cuple cu funcii multiple pot fi realizate pe rnd o cupl longitudinal i dou cuple transversale.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    18

    Dou variante de cuple cu funcii multiple care pot fi folosite n cazul secionrii longitudinale a ambelor sisteme de bare sunt prezentate n figura 2.6, c i 2.6, d. n varianta din figura 2.6, cpot fi realizate pe rnd dou cuple longitudinale, respectiv, dou cuple transversale. n varianta din figura 2.6, d, n locul celor dou cuple longitudinale pot fi realizate dou cuple n cruce (n diagonal).

    Fig. 2.6. Variante de echipare a unor cuple cu funciuni multiple n cazul unor staii cu

    dou sisteme de bare colectoare i secionare longitudinal

    Modalitatea i gradul de secionare dintr-o staie de conexiuni se stabilesc n funcie de condiiile concrete de funcionare.Principalele avantaje urmrite prin aceasta sunt creterea continuitii n alimentare i micorarea curenilor n caz de scurtcircuit. Pentru mrirea continuitii n alimentare, pe lng secionare mai trebuie asigurat i o repartiie judicioas a circuitelor ntre noduri. Pentru reducerea curenilor de scurtcircuit, staia funcioneaz cu cuplele longitudinale sau transversale normal deschise.

    2.3.7. Schema cu dou bare colectoare i cu ocolire Pentru reducerea daunelor de nelivrare a energiei ca urmare a efecturii unor lucrri la

    celule, devine uneori justificat din punct de vedere economic prevederea unei legturi ocolitoare, astfel nct acesta s poat nlocui, pe rnd, cte un ntreruptor din staie, fr ntrerupere n alimentare.

    n figura 2.7. este prezentat un exemplu de schem de conexiuni cu dou sisteme de bare colectoare i bar de ocolire (numit uneori i bar de transfer).

    Instalaiile cu ocolire presupun investiii suplimentare din cauza introducerii cuplei deocolire, a sistemului barelor de ocolire, precum i a separatoarelor de ocolire, pentru fiecare circuit care urmeaz a fi ocolit.

    a b

    c d

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    19

    Fig. 2.7. Exemplu de schem de conexiuni cu dou sisteme de bare colectoare

    i sistem de bare de ocolire

    n unele cazuri se utilizeaz scheme simplificate, folosindu-se cuple cu funciuni multiple, la care se combin cupla transversal cu cupla de ocolire (figura 2.8, a), fie la bara de ocolire i cupla de ocolire(figura 2.8, b i c), ceea ce conduce la reducerea costurilor de realizare a staiei i a suprafeei de teren necesare pentru dispoziia constructiv.

    Fig. 2.8.a. Scheme simplificate cu dou sisteme de bare colectoare i ocolire

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    20

    Fig.2.8 Scheme simplificate cu dou sisteme de bare colectoare i ocolire

    Ca i n celelalte cazuri, folosirea unor cuple cu funciuni multiple prezint dezavantajul c n caz de revizie sau defectare a ntreruptorului de cupl se pierd toate posibilitile de cuplare a diverselor noduri ntre ele. n plus, n cazul unui refuz al singurului ntreruptor de cupl este deconectat toat staia (ntrerupere total), iar comutaia prin separatoare este o potenial surs de incidente pe barele colectoare, cu consecine foarte grave.

    n variantele de schem prezentate n figurile 2.8, b i cocolirea se face prin cupla transversal nseriat cu unul dintre cele dou sisteme de bare colectoare, care n prealabiltrebuie degajat de alte circuite. Prin urmare, pe durata fiecrei perioade de ocolire, n staiile cu astfel de scheme se dispune de un singur sistem de bare colectoare, cellalt sistem devenind bar de ocolire.

    Trebuie remarcat c n toate variantele din figura 2.8 manevra de ocolire a unui ntreruptor de circuit se face fr ntreruperea circuitului respectiv.

    2.3.8 Schema cu 2BC i N+1 ntreruptoare folosite n comun de N circuiteLa aceste scheme, din punct de vedere al investiiei revin (N+1)/N ntreruptoare pe

    circuit. Pentru N=1 avem schema cu 2 ntreruptoare pe circuit, pentru N=2 avem schema cu 1,5 ntreruptoare pe circuit iar pentru N=3 avem schema cu 1,33 ntreruptoare pe circuit.

    Mai des ntlnite n practic sunt schemele de conexiuni cu 1,5 sau 2 ntreruptoare pe circuit. n regim normal de lucru, o astfel de schem, funcionez cu toate aparatele de comutaie nchise i ambele sisteme de bare colectoare n funciune. Astfel de scheme prezint flexibilitate foarte mare n timpul exploatrii i disponibilitate mrit, deoarece:

    bc

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    21

    n regim normal de funcionare, ambele sisteme de bare colectoare sunt meninute sub tensiune; toate comutaiile se fac prin ntreruptoare, ceea ce reduce riscul unor avarii grave (nsoite de arc electric liber);

    fiecare bar colectoare poate fi izolat n scopul executrii lucrrilor de ntreinere, fr ntreruperea vreunui circuit; un incident pe un sistem de bare nu afecteaz nici un circuit, deci nu conduce la ntreruperi n alimentare;

    lucrrile de revizie/reparaii la ntreruptoare se pot efectua fr ntreruperea funcionrii circuitului respectiv, deci fr daune de nelivrare.Datorit avantajelor mai sus menionate, este redus considerabil timpul de ntrerupere n

    alimentare i puterea nelivrat, nemaifiind necesare circuite suplimentare de cupl transversal i de ocolire.

    Principalul dezavantaj al unor astfel de scheme const n creterea investiiilor pentru echiparea staiilor, att din cauza numrului sporit de ntreruptoare pe circuit, ct i ca urmare a costurilor mai ridicate pentru asigurarea proteciilor.

    n figura 2.9este prezentat o schem de conexiuni cu dou sisteme de bare colectoare i dou ntreruptoare pe circuit. Fiecare circuit este n permanen cuplat prin celul cu ntreruptor la ambele sisteme de bare colectoare, deci prezint avantajele unei duble alimentri.

    Ca urmare a dublrii numrului de ntreruptoare pe fiecare circuit, cresc ns sensibil cheltuielile de investiii pentru echiparea staiei, precum i cheltuielile de ntreinere. Acest tip de schem prezint interes n cazul circuitelor pentru care trebuie asigurat o foarte mare siguran n funcionare.

    Fig. 2.9. Scheme cu 2 ntreruptoare pe circuit

    Fig.2.10. Schema cu 1,5 ntreruptoare pe circuit

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    22

    Punerea n funciune la CETIalnia, a primului grup franuzesc de 315 MW, care reprezenta cel mai mare grup din ar la acea dat (31 decembrie 1967), s-a fcut prin celul cu dou ntreruptoare.

    Pe de alt parte, anumite firme constructoare realizeaz scheme cu bare colectoare duble n sistem duplex i la medie tensiune, prin montarea pe fiecare circuit a cte dou celule prefabricate cu bare colectoare simple i ntreruptor.

    O cale de reducere a investiiilor, aplicat n cazul staiilor de foarte nalt tensiune, o constituie utilizarea a cte trei ntreruptoare pentru dou circuite (figura 2.10). Rmne ns ca dezavantaj costul ridicat al realizrii proteciilor i al reanclanrii automate rapide, cci ntreruptorul median trebuie s funcioneze independent n fiecare din direciile celor dou plecri.

    Un alt dezavantaj este acela c, n anumite situaii ntreruptorul de lng bara colectoare trebuie s duc sarcina a dou circuite, deci trebuie s aib un curent nominal mare.

    Calculele tehnico-economice arat c astfel de scheme potrezulta eficiente din punct de vedere economic mai ales atunci cnd:

    durata nelivrrii de energie, ca urmare a lucrrilor de revizie/reparaie n staii este mare; sarcina electric vehiculat pe circuite este mare (de regul, n staii cu Un 220 kV); exist o mare sensibilitate la ntreruperi a zonelor alimentate i circuitele nu sunt

    rezervate prin alte ci de alimentare.

    Un exemplu de utilizare n Romnia a schemei electrice cu 1,5 ntreruptoare pe circuit este cel al staiei de 400 kV, realizat pentru evacuarea puterii produse i interconectarea cu SENa CNE Cernavod.

    Dezavantajele prezentate mai sus se amplific atunci cnd folosim mai mult de trei ntreruptoare n comun. Ca urmare, scheme cu 1,33 ntreruptoare pe circuit sunt foarte rare i nu s-au realizat scheme cu 5 ntreuptoare folosite n comun de 4 circuite.

    2.3.9 Scheme poligonale

    Datorit conturului nchis, dei unui circuit i revine cte un singur ntreruptor, schema prezint avantajele conectrii fiecrei plecri la reea prin cte dou ntreruptoare. Dac ne referim la schemele anterioare, se poate spune c n cazul schemelor poligonale toate ntreruptoarele sunt folosite n comun de toate circuitele . Aceasta conduce la o mai mare flexibilitate, mai ales n ceea ce privete ntreinerea ntreruptoarelor, cu costuri mai reduse dect n cazul schemelor prezentate :

    toate comutaiile se fac prin ntreruptoare (figura 2.11), ceea ce reduce riscul unor avarii grave (nsoite de arc electric liber);

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    23

    deconectarea/declanarea oricrui ntreruptor se face fr ntreruperea sarcinii pe circuit, deci nu este necesar prevederea unui sistem de ocolire;

    legturile transversale ntre noduri sunt asigurate prin laturile poligonului (echipate cu ntreruptoare), deci un circuit de cupl transversal este inutil.

    Printre dezavantajele schemelor poligonale se pot meniona: amperaj mai mare pentru ntreruptoare, deoarece atunci cnd inelul poligonal este deschis

    unele ntreruptoare trebuie s asigure sarcina mai multor circuite electrice; sub acest aspect, schema este mai indicat laUn 220 kV;

    volum mai mare de protecii i scheme de circuite secundare mai complicate; dificulti legate de numrul uneori insuficient al nfurrilor secundare cu care sunt

    prevzute transformatoarele de curent pentru alimentarea proteciilor (se poate ajunge la folosirea n comun a unei nfurri pentru mai multe protecii sau la suplimentarea numrului de transformatoare de msurare);

    este de preferat ca numrul maxim de circuite racordat la o schem poligonal s nu depeasc 6-8 circuite.

    Fig. 2.11. Schem electric poligonal

    a - schema de principiu; b - schema corespunztoare planului de amplasare

    Schemele poligonale constituie o alternativ important a schemelor cu 1,5 ntreruptoare pe circuit pentru realizarea schemelor de conexiuni la staii electrice de foarte nalt tensiune (spre exemplu, staia de 750 kV de la Isaccea este un ptrat).

    L1 L2

    T1 T2

    L1

    T1

    L2

    T2

    ab

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    24

    3 .CALCULUL CURENILOR DE SCURTCIRCUIT. SOLUII CONSTRUCTIVE A STAIILOR DE 110 KV I 220 KV

    3.1 Definiia curentului de scurtcircuitPrin definiie, scurtcircuitul reprezint o legtur galvanic (accidental sau voit)

    printr-o impedan de valoare relativ redus, ntre dou sau mai multe puncte ale unui circuit care, n regim normal au tensiuni diferite. La apariia scurtcircuitului, impedana circuitului se micoreaz, ceea ce conduce la mrirea curenilor, comparativ cu valorile din regimul normal. La rndul sau, aceast mrire determin o scdere a tensiunii n sistem, mai nsemnat n apropierea locului de scurtcircuit.

    Curentul de scurtcircuiteste acel curent care se nchide la locul de scurtcircuit. Acest curent este iniial asimetric n raport cu axa de timp i poate fi descompus ntr-o component de curent periodic (simetric) i o component aperiodic, descresctoare de la valoarea iniial la zero. Componenta aperiodic a curentului de scurtcircuiteste valoarea medie ntre nfurtoarea superioar i cea inferioar a curentului de scurtcircuit ceea ce permite separarea ei dintr-o curb dat a curentului.

    3.2 Cauzele principale care determin apariia scurtcircuitelorPrintre cauzele unui scurtcircuit se pot meniona:

    conturnarea cu strpungerea izolaiei; ruperea unor fire; contacte accidentale stabilite de animale; manevre greite.

    Conform statisticilor de exploatare, mai mult de 65% din totalul scurtcircuitelor sunt monofazate, n timp ce numai 5% din defecte sunt de tip trifazat(afecteaz n mod simetric toate cele trei faze ale unei instalaii electrice trifazate). Dei cele mai rare, prin consecinele foarte grave pe care le pot avea, scurtcircuitele trifazate sunt uneori hotrtoare n aprecierea posibilitii de funcionare a sistemului n condiii de scurtcircuit, precum i pentru dimensionarea echipamentelor i legturilor electrice. Pe de alt parte, folosirea metodei componentelor simetrice permite estimarea valorilor curenilor i tensiunilor de succesiune direct pentru orice scurtcircuit, pe baza mrimilor corespunztoare unor scurtcircuite trifazate convenionale.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    25

    3.3 Calculul curenilor de scurtcircuit (teorie)Calculul se poate face n diferite scopuri:

    - dimensionarea/verificarea aparatelor de comutaie i a conductoarelor utilizate n instalaiile electrice din centrale i staii;

    - calculul curenilor pentru reglajul proteciilor;- verificarea condiiilor de compatibilitate electromagnetic n diferite noduri ale

    sistemului energetic naional.Pentru dimensionarea/verificarea echipamentelor electrice, este necesar calculul

    curenilor de scurtcircuit n regimul de funcionare care conduce la solicitrile maxime. Pentru reglajul proteciilor i verificarea compatibilitii electromagnetice sunt necesare i calcule de scurtcircuit n regim minim de funcionare.

    Calculul regimului de scurtcircuit trifazat metalic (prin impedan nul) dei foarte rar, conduce la solicitri maxime n reele i se efectueaz ntotdeauna n proiectare i exploatare. n reelele cu neutrul legat la pmnt, un loc deosebit l ocup calculul scurtcircuitului monofazat ca defect cel mai probabil.

    Principalele ipoteze simplificatoare care se admit n calculele de scurtcircuit sunt:

    tensiunile electromotoare ale tuturor surselor din schem se consider c au aceeai valoare i faz;

    n zona n care se consider scurtcircuitul, tensiunea n momentul anterior defectului poate fi diferit de cea nominal (Un), acest aspect lundu-se n considerare prin factorul de tensiune CU; de exemplu, pentru calculul curentului maxim de scurtcircuit CU =1,1

    pentru instalaiile cu Un 220 kV i 1,0 pentru instalaiile cu Un 400 kV; toate transformatoarele cu tensiunea de scurtcircuit mai mare de 5% se iau n considerare

    numai prin reactana lor inductiv; reactana ohmic a liniilor electrice aeriene (LEA) i a liniilor electrice n cablu (LEC) cu

    Un 110 kV, de regul, poate fi neglijat; i n cazul liniilor de medie tensiune rezistena poate fi neglijat, cu condiia ca acest lucru s nu majoreze substanial valoarea curenilor de scurtcircuit;

    impedana sarcinilor, de regul, se neglijeaz; fac excepie motoarele sincrone i asincrone de mare putere (de ordinul sutelor de kVA) n cazul unor scurtcircuite apropiate de bornele acestor motoare, precum i n cazul n care se calculeaz curenii de scurtcircuit pe partea de nalt tensiune a transformatoarelor care alimenteaz aceste motoare.

    n cazul unui scurtcircuitpe un circuit electric se impune deconectarea sa rapid, pentru a se reduce solicitrile echipamentelor i totodat, pentru a se asigura continuitatea n funcionarea altor circuite racordate la acelai sistem de bare colectoare. De asemenea, n exploatare este de

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    26

    dorit s existe posibilitatea conectrii i deconectrii fiecrui circuit electric n parte, astfel nct aceste manevre s nu conduc la ntreruperea altor circuite.

    Elementul de protecie,cu care trebuie prevzut orice circuit electric, are drept scop principal detectarea sensibil, rapid i sigur a avariei, precum i deconectarea selectiv a elementului avariat, n vederea evitrii extinderii avariei i revenirii ct mai rapide la regimul normal de funcionare pentru restul sistemului. O unitate de protecie are deci urmtoarele funcii principale:

    supravegherea permanent a diverilor parametri pe circuit; intervenia n situaii anormale; transmiterea (uneori) de informaii pentru exploatarea reelei.

    Informaia necesar pentru comanda de nchidere/deschidere a aparatajului de comutaie n regim autocomandat provine de la transformatoarele de msurare (curent i tensiune), convenionale sau neconvenionale.

    Transformatoarele de msurare mai asigur i informaia direct privind valoarea curentului i tensiunii, cea necesar pentru contorizare-nregistrare i, eventual, cea necesar implementrii funciilor SCADA1.De asemenea, transformatoarele de tensiune constituie i sursa de alimentare a dispozitivelor mecanice de acionare, prin asigurarea ncrcrii cu energie a unor acumulatoare (n perioadele de funcionare normal), pentru alimentarea acelorai dispozitive mecanice n absena tensiunii.

    Diversele funcii ndeplinite de aparatele electrice pe un circuit pot fi realizate individual, utiliznd pentru fiecare dintre ele cte un aparat specializat (reunirea mai multor funcii presupune folosirea mai multor aparate pe circuit) sau prin asocierea mai multor funcii pe un aparat (aparate cu funciuni multiple). Tendina actual n domeniul staiilor electrice este de a se integra n construcia echipamentelor de baz (transformator de putere, ntreruptor) celelalte echipamente specifice.

    3.4. Calculul curenilor de scurtcircuit pentru staia de 220/110 kV(studiu de caz)

    n cele ce urmeaz vom efectua calculul staiilor de 220 kV, respectiv 110 kV ce au n componena lor:

    staia de 110 kV are 4 circuite de linie i dou circuite de autotransformator de 220/110 kV

    staia de 220 kV are 2 circuite de linie i dou circuite de autotransformator de 220/110 kV

    1Monitorizare, Control i Achiziii de Date(SCADA- Supervizory Control And Data Acquisition)

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    27

    sarcina maxima estimat prin autotransformatoarele de 220/110 kV este de 200 MVA

    Fig 3.1. Schema general a staiei 220/110 KV

    Att pentru staia de 220 kV,ct i pentru cea de 110 kV vom folosi scheme cu 1 BC i secionare longitudinal deoarece prin secionare se reduce numrul de circuite ntrerupte ca urmare a unor defecte sau revizii n zona barelor i a separatoarelor de bare i, totodat, reducem costurile instalaiei.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    28

    Fig 3.2. Schema monofilar a staiei

    Staia de 220 kV are 2 circuite de linie o cupl longitudinali 2 circuite de (auto)autotransformator.Circuitele de linie au fiecare cteun separator de bare, un separator de

    linie, ntre ele un ntreruptor cu transformator de curent pentru msurarea curenilor de scurtcircuit i cte un separator cu cuit de legare la pmnt. Circuitele de (auto)transformatoareau fiecare cte dou separatoare de bare(Sb pentru 220 kV i un Sb pentru 110 kV), 2 ntreruptoare (unul cu transformator de curent i al doilea debroabil) i ntre ele (auto)transformatorul.Cupla longitudinal are dou separatoare de bare i un ntreruptor cu transformator de curent.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    29

    Staia de 110 kV are patru circuite de linie, o cupl longitudinal i dou circuite de (auto)transformatoare.Circuitele de linie au fiecare cte un separator de bare, un ntreruptor

    debroabil, un transformator de curent i un separator cu cuit de legare la pmnt. Cupla longitudinal are dou separatoare de bare i un ntreruptor debroabil.

    3.5 Aplicaie: Calculul curentului de scurtcircuit

    tensiunea nominala superioar a staiei, U1 = 220 kV; tensiune nominal inferioar a staiei, U2 = 110 kV;

    Fig. 3.3. Schema sistemului complet de alimentare

    = 10000 = 25 = 28 = 80 = 100 = 200MVA = 200

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    30

    Fig. 3.4. Schema reactanelor sistemului

    = 3 220 =10000

    3 25 220 = 1.0497

    = 3 28 220 = 0.9372

    = 0.4 220 = 0.4 80 10000220 = 6.6116

    = 0.4 220 = 0.4 100 10000220 = 8.2645

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    31

    = 100 = 100 10000200 = 10100 10000200 = 5

    Pentru K1 (staia de 220 kV)avem :

    Fig. 3.5.Schema reactanei echivalente a staiei de 220 kV

    . = ( + )( + ) + + + =(1.0497 6.6116)(0.9372 8.2645)1.0497 + 6.6116 + 0.9372 + 8.2646 = 2.4167

    () = 3 220 . =1.05 10000

    3 220 2.4167 = 11.402

    Schema pentru K2(staia de 110 kV):

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    32

    Fig. 3.6.Schema reactanei echivalente a staiei de 220 kV

    . = . + 2 = 2.4167 + 52 = 4.9167

    () = 3 110 4.9167 = 11.7426

    3.6Soluii constructive pentru staii electrice de distribuie de nalt i foarte nalt tensiune

    Staiile electrice de distribuie de nalt i foarte nalt tensiune pot fi realizate n doumari variante constructive, funcie de faptul dac sunt sau nu amplasate n interiorul unor cldiri. Cele realizate n aer liber se numesc staii de distribuie exterioare, iar cele amplasate n interiorul unor cldiri se numesc staii de distribuie interioar.

    1. Soluii constructive pentru staii electrice de nalt i foarte nalt tensiune exterioarAmplasarea n exterior a instalaiilor de distribuie esteimpus de economicitate i este

    aplicat cu deosebire la tensiunile mari i foarte mari (peste 35 kv). Avantajele principale care impun acest tip de instalaie sunt:

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    33

    - consum redus de material de construcii;- capacitatea redus de extindere a avariilor datorit distanelor mari ntre faze i ntre

    circuite;- timpi de execuie mai redui;- extindere comod;- vizibilitatea bun a echipamentului;- acces uor la echipamente pentru exploatare i nlocuire

    Dezavantajele acestor categorii de instalaii care limiteaz domeniile lor de aplicare sau impun msuri speciale sunt:

    - echipamentul pentru exterior este mai scump;- exploatarea lor este mai dificil;- au siguran n funcionare mai redus, mai ales dac sunt amplasate n medii agresive;- ocup suprafee de teren mai mari (de circa 4 ori mai mari dect instalaiile interioare clasice),lucru ce face folosirea lor imposibil n unele cazuri(zone urbane);- sunt expuse efectelor polurii i amplasarea lor n apropierea unor surse de poluare

    intense, impune msuri speciale.[5]

    Soluiile constructive pentru instalaiile exterioare sunt determinate de urmatoarele elemente: tipul separatoarelor i a ntreruptoarelor; tipul cilor de curent; izolaia i suporii ; schema monofilar a instalaiilor; restriciile de spaiu

    Influena tipului de separatorPrin gabaritul lor, prin numrul relativ mare de separatoare folosite n schemele uzuale,

    prin importana separatoarelor n exploatare, se poate afirma c soluiile constructive de instalaii exterioare depind n foarte mare msur de tipul i modul de montare a separatoarelor.

    Tipurile de separatoare folosite n instalaiile exterioare se pot clasifica n urmtoarele categorii:

    - separatoare cu dou sau trei coloane cu deplasarea contactului mobil n planul izolatoarelor;

    - separatoare cu dou sau trei coloane cu deplasarea contactelor mobile ntr-un plan perpendicular pe planul izolatoarelor. Rotirea contactelor se face prin rotirea izolatoarelor pe care sunt fixate rigid contactele sau prin rotirea unui izolator central;

    - separatoare monocoloan, la care dispare izolatorul contactului fix, acesta fiind montat fix pe un alt aparat(de exemplu pe transformatorul de curent) cnd contactul mobil st n poziie orizontal, nchis, fie fiind suspendat de conductorul de legtur sau bara colectoare cnd nchiderea separatorului se face pe vertical. Familia separatoarelor monocoloan este destul de

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    34

    divers, lucru ce rezult i din denumirile folosite pentru ele: pantograf2, semipantograf, foarfece, picior de lacust etc.

    - separatoare cu dou coloane cu gabarit constant.Separatoarele cu deplasarea contactului mobil n planul izolatoarelor au fost folosite

    mult vreme, fiind puin pretenioase n privina tehnologiei de realizare i a reglajelor n exploatare, dar ducnd la soluii constructive ce necesit o suprafa mai mare, n special datoritfaptului c nu permit legturi verticale de la contactul fix i deci nu pot fi amplasate sub barele colectoare.

    Separatorul monocoloan, la care contactul mobil se deplaseaz pe vertical presupune o tehnologie mai dificil . El permite o bun funcionare a terenului staiei de conexiune, n plan orizontal, aceste separatoare ocupnd un spaiu minim.

    Folosirea acestui tip de separatoare n staii, presupune ns o serie de msuri constructive speciale. Deoarece contactul fix superior este amplasat pe un conductor flexibil ntins, sageile acestui conductor n plan vertical i orizontal trebuie limitate, chiar dac sarcinile la care sunt supuse aceste conductoare sunt variabile n timp.

    Reducerea dimensiunilor staiei prin folosirea separatoarelor din familia pantograf este diminuat de faptul c pasul celulelor alturate cadrelor de ntindere este mai mare n mod fortuit. Deoarece conductoarele se fixeaz de cadre prin lanurile de izolatoare cu lungime relativ mari, n dreptul lor nu se pot monta contactele superioare a separatoarelor monocoloan.

    Separatoarele monocoloan nu pot fi prevzute cu cuite de punere la pmnt pe ambele pri, ca n cazul separatoarelor cu dousau trei coloane. Punerea la pmnt trebuie s fie realizat cu separatoare suplimentare sau cu izolatoare cu cuite de punere la pmnt de tipul scurtcircuitoarelor.

    Influena modului de montare a separatoarelorSeparatoarele pot fi montate n instalaii la sol sau la nlimi mari de 2,5 pn la 10 metri, n ultimul caz, cderile staiilor fiind dimensionate corespunztor i rezultnd un cost mai mare.Prin montarea separatoarelor cu dousau trei coloane la sol, rezult ns instalaii de suprafa mai mari.

    Dac baza izolatorului este la o distan de sol mai mic de 2.5 m, acesta trebuie introdus n interiorul unei ngrdiri de protecie.Fa de barele colectoare, separatoarele pot fi amplasate sub acestea, cnd se reduce suprafaa staiei, dar nu pot fi folosite toate tipurile de separatoare , sau n afara barelor colectoare. Poziia separatoarelor cu dou sau trei coloane poate fi perpendicular pe barele colectoare sau paralelcu acestea.

    Fazele unui separator cu dou sau trei coloane pot fi aezate paralel la distan una fa de alta (poziie obligatorie n cazul separatoarelor de construcie trifazic ) sau pe aceeai linie(poziie posibil numai la separatoarele de construcie monofazat).

    2Dispozitiv montat pe acoperiul unor vehicule electrice, care face contactul ntre instalaia electric a vehiculului i reeaua electric fix de alimentare

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    35

    Influena ntreruptoarelor Tipul ntreruptorului are o influen redus asupra soluiei constructive pentru instalaiile

    exterioare.nalimea la care se monteaz ntreruptorul determin, ca i n cazul celorlalte aparate, existena sau nu a ngrdirilor de protecie i poate, n cazul n care acestea se impun, s conducla consum mai mare de teren.

    Influena cilor de curent i a izolaiein instalaiile exterioare se folosesc aproape exclusiv dou categorii de conductoare:

    - Conductoare flexibile, de genul celor folosite la liniile electrice aeriene;- Conductoare rigide care la tensiuni mari sunt sub forma de evi, iar la tensiuni medii i

    cureni mari au forma unor combinaii de profile standard.Conductoarele flexibile pot fi montate n toatgama deschiderilor care apar la instalaiile

    de tip exterior i nu transmit vibraii i ocuri ctre aparatele la care sunt racordate. Folosirea lor la deschideri mari reduce numrul de izolatoare necesare, ele necesit distane mari ntre faze.Conductoarele rigide necesit distane ntre faze mai mici i pot fi uor construite i la valori mari ale intensitii curentului(peste 500 A).Pot urmri trasee mai complicate dect conductoarele flexibile, ns numrul de izolatoare necesar este mai mare dect al conductoarelorflexibile.O soluie extrem de folositoare a conductoarelor rigide este construirea lor pentru deschideri mari sub form de grinzi cu zbrele.

    Influena schemei monofilare, a restriciilor de spaiu i a tensiunii asupra soluiilor constructive de instalaii exterioareSchema monofilar determin, n mod ferm, soluii constructive prin:

    - prezena sau lipsa ntreruptoarelor - numrul de bare colectoare - necesitatea untrii ntreruptorului de pe circuit poate de asemenea reduce numrul de

    soluii constructive aplicabile numai la cele la care acest lucru este posibil- Restriciile de teren pot impune soluii de tip nalt sau amplasarea barelor de transfer pe o

    singur parte a barelor colectoare i supratraversarea ntregii staii de ctre toate circuitele ce merg n partea opus, mrindu-se astfel numrul de nivele de tensiune ale staiei;

    - Tensiunea influeneaz soluia constructiv n mod indirect prin gabaritul i greutatea echipamentului. La tensiuni foarte mari, acestea pot impune numai soluii de tip scund.

    Diversitatea mare de soluii constructive pentru instalaiile exterioare poate fi ordonat n diferite clase, dupurmtoarele criterii:

    A. Dup numrul de nivele de tensiune pe vertical avem:-instalaii cu trei nivele de tensiunepe vertical, folosite mai puin n ultima vreme, dar existente n instalaiile mai vechi;- instalaii cu dou nivele de tensiune pe vertical, mai avantajoase i deci, mai mult folosite n instalaii noi.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    36

    B. Dup nlimea fa de sol la care se monteaz echipamentul vom avea:-soluii de tip nalt la care separatoarele de bare se monteaz la 5 pn la 10 m nlime de sol i care au aplicabilitate acolo unde se pun restricii cu privire la suprafaa folosit.Aceste soluii presupun costuri mai mari pentru cadrele de susinere i o serie de dificulti n exploatare, datorit unei accesibiliti mai reduse a echipamentului.-soluii de tip seminalt, la care separatoarele de bare se monteaz la nlimile minime impuse de renunarea la ngrdire de protecie.Aceleai nlimi se folosesc i la amplasarea transformatoarelor de curent i a ntreruptoarelor, predominnd totui amplasarea lor pe fundamente nalte, mai ales la tensiuni de 110 i 220 kV.Instalaiile din aceast categorie au cptat o dezvoltare mai mare sub mai multe variante, n special datorit faptului c echipamentul este uor accesibil i se poate revizui, repara i schimba comod.Documentul de aplicare a acestei categorii de soluii este cel al tensiunilor de pn la 220 kV i chiar mai sus.-soluiile de tip scund(jos) sunt cele la care echipamentul se monteaz n ntregime la sol, instalaiile fiind dezvoltate pe orizontal, cadrele de susinere fiind mai simple i, deci, mai ieftine.[5]

    n cazul soluiilor constructive de tip nalt, acestea sunt de o mare diversitate, folosirea lor fiind ns mai redus, n special datorit dificultilor n exploatare.

    Prin avantajele pe care le ofer instalaiile de tip seminalt, precum i prin faptul c se aplic la o gam larg de tensiuni, acestea sunt cele mai folosite soluii constructive pentru staiile de distribuie exterioar de nalt tensiune.Aceasta face ca i diversitatea instalaiilor de acest tip s fie mare.

    Separatoarele se monteaz pe suporii instalaiei de pn la 2.5 m, iar ntreruptoarele i transformatoarele de msur se monteaz pe fundamente joase, n special pentru a uura transportul, manipularea i exploatarea lor.

    Instalaiile cu bare colectoare simple sunt comod de realizat i rezult compact, fr a pune problema de utilizare a spaiului.

    ninstalaiile de tip scund, separatoarele de bare i ntreruptoarele se monteaz pe supori scunzi n apropierea solului, necesitnd suprafee mai mari dect celelalte soluii.Pornind de la faptul ca circuitele de la aceste trepte de tensiune tranziteaz puteri relativmari i funcionarea lor este important pentru sistemul energetic, ele sunt controlate n mai toate cazurile de mai mult de un ntreruptor pe circuit. Schemele acestor instalaii vor fi deci cu 2 sau 1.5 intreruptoare pe circuit sau de tip poligonal.

    Reducerea limii staiei la folosirea schemei cu 1.5 ntreruptoare pe circuit la o staie cu puine circuite se poate face printr-o judicioas amplasare n plan a echipamentului i folosirea barelor rigide.

    n instalaiile cu bare de transfer, la care se racordeaz multe circuite, se folosesc frecvent scheme cu bare de transfer. Acestea pot fi introduse la toate soluiile constructive prezentate anterior, fiind mai mult sau mai puin de sine stttoare.Obligatoriu n celulele circuitelor care se racordeaz la barele de transfer, apare separatorul de linie i separatorul barei de transfer.Amplasarea acestor separatoare n partea ntreruptorului opus barelor colectoare nu pune probleme deosebite. O problem o constituie ns creterea dimensiunilor celulei.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    37

    2. Soluii constructive pentru staii electrice de nalt i foarte nalt tensiune interioar:

    a) Staiile electrice de nalt i foarte nalt tensiune interioar de tip deschis sunt n mod obinuit folosite pentru tensiuni de 110 kV; n trecut se foloseau i pentru staii de 220 kV i n mod excepional 400 kV.Structurile constructive ale instalaiilor electrice interioare deschise sunt n general de tip hal i de tip etajat. Cel mai frecvent se utilizeaz soluia de tip hal, fr perei intermediari, deoarece asigur o bun vizibilitate i deci o bun exploatare.Soluiile de tip etaj se folosesc cnd suprafaa de teren disponibil este redus i, ca urmare, instalaia nu poate fi realizat pe un singur nivel. Dimensiunile celulelor depind de tensiune, schema de conexiune, gabaritele i tipurile aparatelor folosite.

    b) Soluii constructive pentru montarea transformatoarelor de putereO staie de transformare este format din dou sau mai multe instalaii electrice de

    distribuie i unul sau mai multe transformatoare de putere de interconexiune.Numrul instalaiilor de distribuie este egal cu numrul nivelurilor de tensiune din circuitele primare ale staiei.Transformatoarele (autotransformatoarele) de for de interconexiune realizeaz legturile electrice ntre instalaiile de distribuie i transform parametrii energiei electrice tranzitate.ntr-o instalaie de transformare,de obicei sunt unul sau dou transformatoare de interconexiune.

    Dac staia de transformare are dou nivele de tensiune (respectiv dou instalaii de distribuie), transformatoarele de for sunt cu dou nfurri. Dac staia are trei niveluri de tensiune, transformatoarele (autotransformatoarele) de interconexiune au trei nfurri, dar pot fi utilizate i mai multe transformatoare cu dou nfurri; soluia optim depinde de tranzitul de putere ntre diferitele tensiuni , sigurana n exploatare, etapizarea instalaiei etc.Dac staia are mai mult de trei niveluri de tensiune (respectiv peste 3 instalaii de distribuie), de exemplu staia este de 220/110/20/6 kV, se folosesc alte transformatoare pentru legtura cu cea de a patra instalaie de distribuie(de exemplu de 110/20 kV de la care sunt racordate liniile electrice aeriene de electrificare rurale de 20 kV)

    Transformatoarele de for pot fi montate n exterior sau dac nu este posibil se monteaz n interiorul unei cldiri.n mod obinuit, nu se monteaz n interiorul transformatoarelor cu o putere mai mare de civa zeci de MVA.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    38

    4. ARHITECTURI SCADA PENTRU STAII ELECTRICE DE NALT TENSIUNE

    -studiu documentar-

    4.1 SCADA (generaliti)

    SCADA este prescurtarea pentru Monitorizare, Control i Achiziii de Date (Supervisory Control And Data Acquisition). Termenul se refer la un sistem amplu de msur i control.Automatizrile SCADA sunt folosite pentru monitorizarea sau controlul proceselor chimice,fizicesaude transport.

    n domeniul energetic termenul SCADA se refer de obicei la un centru de comand care monitorizeaz i controleaz un ntreg spaiu de producie. Cea mai mare parte a operaiunilor se execut automat de ctre RTU sau de ctre PLC.

    RTU3 realizeaz conexiunea cu echipamentele supravegheate, citesc starea acestora (cum ar fi poziia deschis/nchis a unui releu sau a unei valve), citesc mrimile msurate cum ar fi presiunea, debitul, tensiunea sau curentul.RTU pot controla echipamentele, trimind semnale, cum ar fi cel de nchidere a unui releu sau valve sau setarea vitezei unei pompe.

    RTU pot citi stri logice digitale sau msurtori analogice i pot trimite comenzi digitale sau setri de valori analogice de referin.

    Un PLC4este un mic computer cu un microprocesor folosit pentru automatizarea proceselor cum ar fi controlul unui utilaj ntr-o linie de asamblare. Programul unui PLC poate adesea controla secvene complexe i de cele mai multe ori este scris de ctre un inginer. Programul este apoi salvat n memoria EEPROM5.

    Ceea ce difereniaz un PLC de alte computere este faptul c este prevzut cu intrri/ieiri ctre senzori i relee.PLC-urile citesc starea comutatoarelor,a indicatoarelor de temperatur, de poziie .a. PLC-urile comand motoare electrice, pneumatice sau hidraulice, relee magnetice. Intrrile/ieirile pot fi externe prin module I/O sau interne.

    PLC-urile au fost inventate ca o alternativ mai puin costisitoare la vechile sisteme care foloseau zeci sau sute de relee i timere. Adesea, un PLC poate fi programat s nlocuiascsute de relee. PLC au fost iniial folosite de industria constructoare de maini.

    Funcionalitatea unui PLC s-a dezvoltat de-a lungul anilor pentru a include controlul releelor, controlul micrii, control de proces, sisteme de control distribuit i reele complexe.La primele PLC-uri funciile decizionale erau implementate cu ajutorul unor simple

    3RTU - Unitatile Terminale Comandate la Distanta - (Remote Terminal Unit)4PLC - Uniti Logice de Control Programabile (Programmable Logic Controller)5EEPROM- Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (un tip de memorie nevolatil folosit n calculatoare i alte echipamente electronice pentru a stoca date ce trebuie s persiste i dup ntreruperea alimentrii cu curent, de ex. datele de configurare pentru un ruter sau switch)

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    39

    diagrameladder6inspirate de diagramele electrice ale conexiunilor. Astfel electricienilor le era uor s depaneze problemele de circuit avnd diagramele schematizate cu logica ladder.

    n prezent, linia ce delimiteaz un computer programabil de un PLC este tot mai subire. PLC-urile s-au dovedit a fi mai robuste, n timp ce computerele au nc deficiente. Folosind standardul IEC 61131-3 acum este posibil programarea PLC folosind limbaje de programare structurat i operaii logice elementare. La unele PLC este disponibil programarea grafic denumitSFC7 bazat pe Grafcet.

    Industria de HMI/SCADA8a aprut din nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator ntr-un sistem alctuit cu uniti PLC.

    Un PLC este programat s controleze automat un proces, ns faptul c unitile PLC sunt distribuite ntr-un sistem amplu, colectarea manual a datelor procesate de PLC este dificil. De asemenea, informaiile din PLC sunt de obicei stocate ntr-o form brut, neprietenoas.HMI/SCADAare rolul de a aduna, combina i structura informaiile din PLC printr-o form de comunicaie. nc din anii `90, rolul sistemelor SCADA n sistemele inginereti civile s-a schimbat, necesitnd o mai mare cantitate de operaiuni executate automat. Un HMI elaborat, poate fi de asemenea conectat la o baz de date pentru realizarea de grafice n timp real, analiza datelor, proceduri de ntreinere planificate, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum i metode de depanare a sistemului. Din 1998, majoritatea productorilor de PLC ofer sisteme HMI/SCADA integrate, cele mai multe folosind sisteme de comunicaie i protocoale deschise, neproprietare. Majoritatea sistemelor HMI/SCADA ofer compatibilitate cu PLC-urile.

    Achiziia de date ncepe la nivelul RTU sau PLC i implic citirea indicatoarelor de msur i a strii echipamentelor care apoi sunt comunicate la cerere ctre SCADA. Datele sunt apoi restructurate ntr-o form convenabil operatorului care utilizeaz o HMI, pentru a putea lua eventuale decizii care ar ajusta modul de lucru normal al RTU/PLC. (Un sistem SCADA include componentele: HMI, controllere, dispozitive de intrare-iesire, reele,software i altele).

    Unsistem SCADA tipic implementeaz o baz de date distribuit care conine elemente denumite puncte. Un punct reprezint o singur valoare de intrare sau iesire monitorizat sau controlat de ctre sistem. Punctele pot fi att hard, ct i soft.Un punct hard este reprezentarea unei intrari sau ieiri conectat la sistem, iar un punct soft reprezint rezultatul unor operaii matematice i logice aplicate altor puncte hard i soft.

    Valorile punctelor sunt stocate de obicei mpreun cu momentul de timp cnd au fost nregistrate sau calculate. Seria de puncte-timp reprezint istoricul acelui punct.

    Achiziionarea unui sistem SCADA, denumit i DCS9, poate fi fcut de la un singur productor sau utilizatorul poate asambla un sistem SCADA din subcomponente.

    6Diagramele Ladder(Ladder Diagram) sunt folosite de obicei n sistemele logice de control industrial. Denumirea de ladder (din englez: scar) vine de la asemanarea acestora cu o scar: dou linii verticale desemnnd sursa de putere i linii orizontale reprezentnd circuite de control.7SFC (Sequential function chart)- modalitate de descriere grafic a unui sistem logic secvenial, fiindutil datorit generalitii i facilitilor de care dispune, spre exemplu posibilitatea descrieriisecvenelor paralele.8 HMI - Interfata om-main (Human Machine Interface)9 DCS- Sistem de control distribuit (Distributed Control System)

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    40

    4.2.Sarcinile sistemelor SCADA

    Sarcinile principale ale unui sistem SCADA destinat conducerii operative a reelelor electrice pot fi grupate n urmtoarele trei categorii[8 ,13]

    a) Informarea de ansamblu a dispecerului asupra topologiei i strii sistemului energetic condus, prin intermediul interfeelor om- main (MMI, Man Machine Interface)

    b) Alarmarea n cazul producerii unor evenimente care trebuie luate n considerare n mod imediat;

    c) Informare pentru analize post avarie, prin reinerea unui istoric de evenimente produse ntr-o anumit perioad de timp, nsoite de momentul producerii lor.ndeplinirea acestor sarcini implic realizarea, de ctre sistemul SCADA a urmtoarelor

    operaiuni:- culegerea de informaii asupra strii sistemului energetic, prin intermediul interfeelor

    de achiziie corespunztoare ;- transferul informaiilor ctre punctele de comand i control;- validare, prelucrare, afiare i arhivarea datelor;- elaborarea i executarea de telecomenzi n instalaii, ceea ce permite operatorului s

    supravegheze funcionarea instalaiilor n timp real, i s intervin de la distan dac consider c este necersar.

    Sistemele informatice de tip SCADA include, n principal, urmtoarele funcii:- achiziia i teletransmiterea datelor;- prelucrarea primar a datelor;- elaborarea telecomenzilor;

    - alarmarea;

    - nregistrarea secvenelor de evenimente;- nregistrarea instantanee de evenimente;

    - revista postfactum;

    - interfaa cu utilizatorul;- supravegherea strii sistemului informatic

    Achiziia i teletransmisia datelor Transferul de date se realizeaz fie prin legturi simple punct la punct, fie prin reele locale (LAN ) sau reele extinse (WAN). Aceste transmisii se efectueaz pe baza unor protocoale de comunicaii standard utiliznd interfee de comunicaie.[12]

    Prelucrarea primar a datelor:Funcia de prelucrare primar a datelor asigur stocarea datelor n timp real n bazele de

    date, precum i verificarea i precizarea calitii i plauzibilitii informaiei codate ca de exemplu ieirea din funciune, depirea de limit, informaie eronat, etc.[13]

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    41

    Elaborarea comenzilor:Sistemul SCADA permite dispecerilor ca prin intermediul RT-urilor sale amplasate n

    staii i centrale electrice s transmit comenzi ctre diverse echipamente cum ar fi:-ntreruptoare(nchis/deschis)

    -separatoare acionate cu motor electric(nchis/deschis)-baterii de condensatoare(conectat/deconectat)

    -reglajul bobinelor de stingere

    - valori de consemn pentru echipamente de automatizare, reglare i protecii Alarmarea:

    Funcia de alarmare este destinat avertizrii operatorului de producerea unor evenimente care trebuie tratate n mod imediat.

    Sistemele moderne conin funcii de alarmare performante, realizate cu elemente de inteligen artificial, capabile s identifice cauza primar a unui set de evenimente i s prezinte astfel dispecerului o situaie ct mai clar a avariei.[ 9,6]

    nregistrarea instantanee de date:O nregistrare instantanee de date const n citirea aproape instant a unor puncte

    selectate de operator sau a ntregii baze de date i apoi salvarea lor pentru a fi arhivate mai trziu i a fi utilizate n analize de reea sau pe simulatorul pentru pregtirea operatorilor. Aceste nregistrri pot fi efectuate la cerere sau ca urmare a producerii unor tipuri de evenimente preselectate.[7]

    Componentele unui sistem SCADA:

    Cele trei componente ale sistemului SCADA sunt:

    1. Mai multe RTU sau PLC.

    2. Staia Master i HMI Computer(e). 3. Infrastructura de comunicaie.

    Staia Master i HMITermenul se refer la serverele i software-ul responsabil de comunicarea cu

    echipamentele amplasate la distan (RTU, PLC, etc) i apoi cu software-ul HMI care ruleaz pe staiile de lucru din camera de control. n sistemele SCADA mici, staia master poate fi un singur PC. n sistemele mari, staia master poate include mai multe servere, aplicaii software distribuite i uniti de salvare n caz de dezastre.

    Pachetul HMI/SCADA include, de obicei, un program de desenare pe care operatorul sau personalul de ntreinere l folosete pentru a schimba modul n care punctele sunt reprezentate n interfaa de utilizator. Aceste reprezentri pot lua forme simple cum ar fi un semafor sau chiar forme complexe cum ar fi poziia unor lifturi sau a unor trenuri.

    Infrastructura de comunicaieSistemele SCADA folosesc combinate conexiuni radio, seriale sau conexiuni modem n

    funcie de necesiti. Pentru amplasamente mari cum ar fi ci ferate sau staii de alimentare sunt folosite de asemenea conexiuni Ethernet i IP/Sonet.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    42

    Protocoalele SCADA sunt concepute foarte compact pentru a putea trimite informaii staiei master chiar i cnd staia master interogheaz RTU. Protocoalele iniiale SCADA de baz sunt Modbus, RP-570 i Conitel.Aceste protocoale sunt dependente de productor.Protocoalele standard sunt IEC 60870-5-101 sau 104, Profibus i DNP3.Acestea sunt protocoale standardizate i recunoscute de majoritatea productorilor SCADA.Multe din aceste protocoale conin acum extensii pentru operarea pe TCP/IP, cu toate acestea securitatea cerut n practic sugereaz evitarea conexiunii la Internet pentru a reduce riscurile unor atacuri.

    Figura 4.1. Structura de principiu a unui sistem SCADA

    4.3 MODBUS

    Modbus este bazat pe o arhitectura master/slave sau client/server. Protocolul este conceput de Modicon pentru a fi folosit la PLC-urile proprii. A devenit un standard de comunicaie n industrie i este, n prezent, cel mai folosit la conectarea tuturor dispozitivelor industriale. Motivele cele mai importante pentru utilizarea acestuia att de raspndit sunt:

    1. este un protocol deschis, cu documentaie disponibil2. poate fi implementat ntr-un timp scurt (zile, nu luni)

    3. lucreaz cu bii sau octei i n acest fel nu impune cerine deosebite productorilor.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    43

    Modbus permite administrarea unei reele de dispozitive, spre exemplu un sistem care msoar temperatura i umiditatea pe care le comunic unui computer. Modbus este deseori folosit pentru a conecta un computer de supervizare cu un RTU dintr-un sistem de monitorizare i achiziie de date SCADA. Exist versiuni ale protocolului MODBUS att pentru portul serial, ct i pentru Ethernet.

    MODBUS exista n 2 variante pentru comunicarea serial: Modbus RTU - datele sunt reprezentate binar ntr-o form compact. Modbus ASCII- datele sunt reprezentate ASCII ntr-o form uor interpretabil

    direct.

    Varianta RTU folosete ca sum de control pentru mesaje CRC(Cyclic redundancy check), iar varianta ASCII folosete LRC(Longitudinal redundancy check). Versiunea pentru Ethernet, Modbus/TCP este similar cu Modbus RTU, dar datele sunt transmise n pachete TCP/IP. Exist i o versiune extins, Modbus Plus (Modbus+ sau MB+), dar este proprietara Modicon. Necesitun co-procesor dedicat rapid. Folosete perechi torsadate la 1Mbit/s i are specificaii similare cu EIA/RS-485, totui nu este EIA/RS-485. Orice dispozitiv care comunica folosind Modbus are o adres unic.

    Orice dispozitiv poate trimite comenzi, dar, de obicei, doar dispozitivul-master o face.

    O comand Modbus conine adresa dispozitivului cruia i este adresat. Doar dispozitivul apelat va raspunde la aceast comand, chiar dac comanda este primit i de alte dispozitive.Comenzile Modbus conin informaii de verificare pentru a se asigura de veridicitatea rspunsului. Exemple de comenzi sunt comanda care schimb o valoare ntr-un registru al RTU sau comanda care cere RTU s-i furnizeze o valoare coninut de un registru.Diversele implementari ale Modbus folosesc fie fire pentru transmisie, comunicaii fr fire, SMS sau GPRS. Majoritatea implementrilor au variaii de la standardul oficial.

    4.4Sistemul MicroSCADAMecanismul de autorizare este instrumentul prin care se realizeaz accesul difereniat al

    operatorilor n aplicaie. n funcie de nivelul de autorizare, fiecrui operator i este permis un pachet bine definit de operaii n aplicaie. Acest mecanism a fost creat pentru a preveni accesul unor persoane neautorizate n aplicaie.Accesul fiecrui operator este definit n funcie de apartenena lor la dou grupuri de autorizare: general i operator.

    Grupul generaleste format din persoane ce sunt autorizate s aib acces la funcii cu caracter general: blocare semnale, confirmare alarme, inginerie, adugare sau eliminare operatori.

    Grupul operatoreste format din persoane care sunt autorizate s aib acces la comenzi care privesc operarea aparatajului primar: comenzi conectare sau deconectare, untare interblocaje, untare control sincronism, introducere manual a poziiei echipamentului etc.

    Ierarhizarea n cadrul fiecruia din aceste grupuri se face prin definirea unor niveluri de autorizare, de la 0 la 5 pentru grupul general i de la 0 la 2 pentru grupul operator.

  • ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

    44

    n funcie de nivelul su de autorizare, un utilizator are sau nu acces la o funcie MicroSCADA.Blocarea accesului utilizatorului la o funcie se face prin alocarea nivelului 0 de autorizare.Nivelul de comand MicroSCADA desemneaz locul de unde poate fi realizat comanda unui echipament primar de comutaie (ntreruptor, separator sau CLP).

    n ordinea de prioritate exist urmtoarele patru nivele de comand:-Dispecer-Staie (camera de comand)-Cabina de relee-Local

    Prin prioritate se nelege capacitatea unui nivel de a lua comanda altui nivel. Nivelul Local este nivelul cu prioritatea cea mai mare.

    O remarc special trebuie fcut n ceea ce privete nivelul Dispecer: acesta se transmite dela nivelul staie ctre dispecer (deci el de d de la staie la dispecer i se ia de dispecer de la staie). n acelai timp trebuie precizat c la nivel Dispecer se transmite comanda la nivel global (de staie sau de celul) i nu la nivel individual (de ntreruptor, separator sau CLP).

    Elementele grafice generale ale unei aplicaii MicroSCADA cuprinde elementele generale, care apar n toate ecranele aplicaiei respective. Aceste elemente generale sunt: bara activ, bara meniu hederul, bara alarme.

    Bara activ nu aparine efectiv aplicaiei, fiind specific aplicaiilor Windows.Ea conine numele aplicaiei i numrul monitorului.Bara meniu conine meniul standard care permite navigarea n ntreaga aplicaie. n afara capitolelor de comenzi, bara meniu poate conine un numr de butoane de comand cu sarcini specifice, care trebuie s poat fi executate ntr-un punct oarecare al aplicaiei (de exemplu list alarme, anulare semnalizare acustic).

    Header-ul este linia de afiaj situat imediat sub bara meniu i este o prezentare particular fiecrui ecran al aplicaiei. O zon specific este semnalizare alarme: la apariia unei alarme din proces operatorul este anunat printr-un semnal, indiferent de ecranul n care se gsete.

    Bara alarme are un rol de avertizare, similar ntr-o oarecare msur cu indicatorul optic de semnalizare din header. Bara d


Recommended